摘要：BH I-MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀的結(jié)構(gòu)、工作原理、適應(yīng)工況和信號(hào)干擾因素及解決方法。BHI-MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀在四川長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣定向井施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：定向井 BHI-MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀 鉆井液參數(shù) 鉆井泵

在四川長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣寧209H-35-5x井的石油鉆井中，為了快速獲取目標(biāo)油層的埋深、厚度及分布范圍，提高鉆效，在本井采用BHI-MWD 無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀監(jiān)控井眼軌跡，提高井身質(zhì)量和鉆井速度，確保準(zhǔn)確中靶，為后期水平段ATC施工創(chuàng)造良好條件。本井一、二、三開(kāi)井眼尺寸444.5mm、406.4mm、311.1mm，使用1200 BHI-MWD，為了確保脈沖發(fā)生器正常工作，所以對(duì)鉆井液質(zhì)量和泥漿泵有較高的要求。本文會(huì)對(duì)施工中遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行展開(kāi)，來(lái)說(shuō)明儀器信號(hào)影響因素和故障分析。

1 BHI-MWD的簡(jiǎn)要介紹

1.1 結(jié)構(gòu)

MWD無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器是由地面部分（地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、安全箱、DDU司鉆讀數(shù)器、 泥漿壓力傳感器、泵沖傳感器）、井下部分（MEP/PCD探管、流筒總成、脈沖發(fā)生器、無(wú)磁短節(jié)等）及輔助工具、設(shè)備組成。

1.2 工作原理

BH-MWD靠井下轉(zhuǎn)子提供動(dòng)力。轉(zhuǎn)子與內(nèi)軸藕合，軸底端連接一發(fā)電機(jī)，為探管供電：上端連接一液壓泵，為脈沖發(fā)生器提供能量。泥漿在魚(yú)頸總成和限流環(huán)與蘑菇頭形成的環(huán)形空內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)有信號(hào)傳遞時(shí)，蘑菇頭升起，?！拢缓蠡氐皆?，短時(shí)的蘑菇頭伸長(zhǎng)就產(chǎn)生了正壓力脈沖。地面上采用泥漿壓力傳感器檢測(cè)來(lái)自井下儀器的泥漿脈沖信息，并傳輸?shù)降孛?，地面?shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，井下儀器所測(cè)量的井斜角、方位角和工具面數(shù)據(jù)可以顯示在地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和司鉆讀數(shù)器上，定向井工程師通過(guò)顯示出來(lái)的數(shù)據(jù)就能夠知道井眼的軌跡。

2 信號(hào)傳輸質(zhì)量的主要影響因素

2.1信號(hào)傳輸方式

目前MWD信號(hào)傳輸一般分為連續(xù)波、正脈沖、負(fù)脈沖、電磁波等傳世方式。BHⅡ-MWD的的信號(hào)傳輸原理是利用井下儀器串DSP定向探管配合帶有耦合發(fā)電機(jī)的脈沖發(fā)射器，把采集到的井下測(cè)量參數(shù)通過(guò)泥漿產(chǎn)生正脈沖信號(hào)發(fā)送到地面經(jīng)過(guò)泥漿壓力傳感器把感受到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)地面數(shù)據(jù)處理儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理解碼成我們所需要的井眼軌跡參數(shù)。

2.2儀器自身對(duì)信號(hào)的影響

儀器本身對(duì)信號(hào)的造成的解碼故障，一般是井下儀器串的配比不合適，造成信號(hào)幅值異常的弱小使地面儀器不能正常的解碼，或者是泥漿性能要求突然變化或者井深太深造成信號(hào)衰減嚴(yán)重，從而使儀器的波形信號(hào)受鉆具的活動(dòng)而受較大影響。

在通常情況下儀器工程師在上井施工之前都會(huì)根據(jù)掌握的井隊(duì)設(shè)備參數(shù)如：設(shè)計(jì)井深、排量、鉆挺內(nèi)徑、鉆頭類(lèi)型信息來(lái)選擇合適的轉(zhuǎn)子、定子、孔板等的大小，是儀器能獲得正常的信號(hào)幅值，合適的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，和蘑菇頭合適的承載壓力。

還有一種情況就是地面儀器接電電壓太高或者因?yàn)槁╇娫O(shè)施異常變化將造成儀器基礎(chǔ)幅值異常，從而造成儀器解碼故障。如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)此種故障原因?qū)?huì)造成很隱形的麻煩。

2.3信號(hào)因外部條件受干擾

2.3.1 井深

井深越大，信號(hào)從井底傳至地面的距離就越大，信號(hào)的衰減就越大。因此，在深井測(cè)量時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)提高鉆井液排量，以提高信號(hào)強(qiáng)度。

2.3.2鉆井液影響

（1）在有微珠的泥漿中工作。

泥漿中含有微珠，會(huì)卡在下軸承套和定子之間，阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于帶護(hù)蓋的轉(zhuǎn)子，還

會(huì)卡在轉(zhuǎn)子護(hù)蓋和HOS或沖管的間隙間，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子更難轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）在有堵漏材料的泥漿中施工

包括中、細(xì)核桃殼、各種纖維材料、編織袋、密封材料等。這些材料有可能發(fā)生堵死定子、卡死轉(zhuǎn)子、纏死蘑菇頭、阻止蘑菇頭伸縮等現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器不工作。

（3）泥漿的固相含量高、塑性粘度高

泥漿固相含量高，會(huì)導(dǎo)致大量固體物在轉(zhuǎn)子的磁芯里面堆積，最終容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受阻。塑性粘度高，信號(hào)衰減厲害，在深井中難以工作。

（4）泥漿比重大于12 PPG（1.45g/cm^3）

泥漿比重高，信號(hào)衰減幅度大，在深井中會(huì)導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)困難。

2.3.3鉆井泵

泵在許多方面都可能影響儀器的信號(hào)質(zhì)量。例如：刺漏、密封不嚴(yán)、上水不好等。要求及時(shí)檢查泵的上水情況，若有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)修理。在無(wú)特殊情況下，嚴(yán)禁頻繁開(kāi)、停泵或交叉換泵，消除干擾信號(hào)，確保測(cè)量精度。

2.3.4 單彎螺桿噪聲

通常情況下，單彎螺桿的噪聲頻率要比儀器的頻率低很多，是可以被忽略的。但當(dāng)單彎螺桿突然降速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆頭扭矩會(huì)劇增，同時(shí)立管壓力會(huì)增大，導(dǎo)致MWD失去同步信號(hào)，無(wú)法獲取正確的測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，在鉆進(jìn)時(shí)盡量要平穩(wěn)加壓，減少壓力突變，確保井眼數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.3.5鉆頭水眼特別小

鉆頭水眼特別小，會(huì)導(dǎo)致立管壓力很高，這種情況下如果泵上水又不好時(shí)，泥漿泵上水時(shí)的瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的壓力信號(hào)，高噪音信號(hào)往往會(huì)覆蓋掉有用信號(hào)而導(dǎo)致地面檢測(cè)不到信號(hào)。

2.3.6泥漿存在氣侵

對(duì)于高壓油氣層，泥漿往往會(huì)受到氣侵。受到氣侵的泥漿，對(duì)信號(hào)的衰減特別厲，這時(shí)需要在泥漿中加入除泡劑，充分循環(huán)泥漿，直到氣侵排除。

2.3.7嚴(yán)重井漏

輕微井漏時(shí)，儀器能檢測(cè)到信號(hào)。嚴(yán)重井漏時(shí)，儀器檢測(cè)信號(hào)困難，且井下儀器不安全，

故嚴(yán)重井漏時(shí)儀器不能下井。

2.3.8赤鐵礦

赤鐵礦作為泥漿加重劑，泥漿比重很高，會(huì)增加信號(hào)的衰減量，在深井、超深井中施工會(huì)影響信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)困難。

3 寧209H35-5X井施工心得及儀器使用情況

寧209H35-5X井由于是大井眼水平井，為保證井下MWD儀器工作正常，所以對(duì)鉆井設(shè)備和鉆井液系統(tǒng)要求很高。全井MWD儀器信號(hào)不穩(wěn)定，解碼能力很弱，原因在于一二三開(kāi)井眼為444.5mm、406.4mm、311.1mm尺寸，需使用1200脈沖發(fā)生器。1200脈沖發(fā)生器無(wú)法適應(yīng)該鉆井隊(duì)的泵和泥漿性能。

一二開(kāi)初期，由于井段較淺，信號(hào)衰減的不是很明顯，處理儀對(duì)信號(hào)同步頭還可以進(jìn)行識(shí)別。隨著井深的增加，儀器解碼能力更加弱。為了保證定向任務(wù)的順利進(jìn)行，不能僅僅用掃波的方法進(jìn)行施工，需找出原因，調(diào)整參數(shù)，使儀器正常穩(wěn)定。首先從儀器自身出發(fā)，觀察儀器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，在確定不是因轉(zhuǎn)子偏磨導(dǎo)致信號(hào)減弱。起鉆檢查儀器沒(méi)有任何問(wèn)題，在調(diào)整了蘑菇頭和限流環(huán)的間距，使信號(hào)幅值加強(qiáng)，缺還是不能達(dá)到自主解碼能力，就需要考慮井隊(duì)設(shè)備對(duì)儀器的影響。首先觀察了空氣包壓力在規(guī)定范圍，其次觀察水龍帶無(wú)明顯跳動(dòng)，排除了空氣包出問(wèn)題的可能性。同時(shí)得知井隊(duì)沒(méi)有加重、加藥，對(duì)泥漿比重沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整，排除了鉆井液性能對(duì)儀器的影響。詢問(wèn)到該井隊(duì)是用雙泵打鉆，與技術(shù)員核實(shí)了泵的情況后得知，其中一個(gè)泵的上水不是很好。因?yàn)殡p泵打鉆，倘若雙泵參數(shù)不一致，會(huì)使泵入的鉆井液排量不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致信號(hào)不好。找到了信號(hào)不好的一個(gè)原因，與井隊(duì)溝通后，進(jìn)行單泵95沖打鉆。此時(shí)儀器信號(hào)仍舊不強(qiáng)，解碼能力還是不好。無(wú)奈只能雙泵繼續(xù)打鉆，開(kāi)雙泵65沖后，調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，從1250轉(zhuǎn)調(diào)至1050轉(zhuǎn)后，儀器解碼能力恢復(fù)。

經(jīng)過(guò)寧209H35-5X井的施工，發(fā)現(xiàn)1200MWD的施工環(huán)境比650MWD的施工參數(shù)要更加嚴(yán)苛，在遇到特殊工況，要適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，使儀器可以正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]石油儀器;2002年07期

[2] 劉國(guó)衛(wèi).MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀在鉆井中的應(yīng)用.西部探礦工程，2011.3.

作者簡(jiǎn)介：李海楓，1991.01.25，2013年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）電子信息工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于渤海鉆探定向井公司現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作。